（光学工程专业论文）光学综合孔径成像技术的实验研究.pdf

摘要 y 5 7 1 3 9 7 本文对光学综合孔径干涉成像技术特别是干涉条纹的形成机理进行了理论 上的初步探讨，并结合实际条件，在泰曼一格林干涉仪的基础上，对干涉仪的干涉 方式进行了改造，利用掩模干涉法，提出了可以用泰曼一格林干涉仪实现双孔径共 光路干涉并获取干涉条纹的实验模型在共光路的基础上，考虑到双孔径两支光 路要改变光程差的需要，又提出了只改变掩模方式，就可实现双孔径分光路获取 干涉条纹的实验模型结果在不同的掩模方式下，实验成功获取了清晰的干涉条 纹文中还根据实验的结果，对以下问题进行较详细的探讨：实验对光路调整的要 求，光源对干涉条纹获取的影响，双孔尺寸大小对条纹的影响，基线( 双孔相对间 距) 长度以及方向的变化对干涉条纹的影响本文最后得出结论：通过掩模干涉法， 可以对光学综合孔径干涉条纹获取的影响因素进行充分的实验验证，这也为光学 综合孔径干涉成像的后续工作打下了较好的实验基础 关键词：综合孔径、分( 共) 光路、孔径尺寸、基线 a b s t r a c t i nt h i sp a p e r , t h et h e o r yo f o p t i c a la p e r t u r es y n t h e s i si m a g i n gt e c h n o l o g y ( o s a i ) i ss t u d i e d ，w i t ht h ee m p h a s i so nt h ep r i n c i p l eo ft 1 1 ef o r mo fi n t e r f e r e n c ep a t t e r na s f a ra sc u r r e n te x p e r i m e n tc o n d i t i o ni sc o n c e r n e d t h ei n t e r f e r o m e t r i cm e t h o do fa t w y m a n ii o do f_green n t e r f e r o m e t e rsm o d i f i e da c c o r d i n gt ot h em e t h m a s k i n ga n d a n e x p e r i m e n t m o d e li si n t r o d u c e dt o i m p l e m e n t t h e c o m m o n o p t i c a l p a t h i n t e r f e r o m e t r i cm e t h o do ft w oa d e r t u r e sa n dd e t e c tt h ei n t e r f e r e n c e p a t t e r nc o n s i d e r i n g a b o u tt h er e q u i r e m e n to f l i g h td i s t a n c ec h a n g e ，t h eo t h e rm o d e li s w o r k e do u to nt h eb a s eo ft h ef o r m e rm e t h o d ，w h e r eo n l yt h em e t h o do fm a s k i n g n e e d st ob ea d j u s t e dt oi n p l e m e n tt h ed i f f e r e n t - o p t i c a l p a t hi n t e r f e r o m e t r i cm e t h o d a sar e s u l t e v e r yi n t e r f e r e n c ep a t t e r ni nd i f f e r e n ti n t e r f e r o m e t r i cm e t h o d si so b t a i n e d w i t hh i g hc o n t r a s ti nm o r ed e t a i l ，a c c o r d i n gt oaf u l l a n a l y s i so ft h ee x p e r i m e n t r e s u k s ，t h ef o l l o w i n gi s s u e sa r er e s e a r c h e d ：t h er e q u i r e m e n to f t l l ec h a n g eo f t h eu g h t p a t h t h ee f r e c to f t h r e ek i n d so ff a c t o r so nt 1 1 ei n t e r f e r e n c ep a t t e r n ：t h ec h o i c eo f l i g h t s o u r c e ，t h e s i z e so ft h et w oa p e r t u r e s ，t h ed i s t a i c ea n dt h eo r i e n t a t i o no ft h e b a s e l i n e ( r e l a t i v ed i s t a l i c eo f t w oa p e r t u r e s ) i t sc o n c l u d e d t h a tt h ep r o b l e mt h a tw h i c h f a c t o r sm a yh a v et i i em o s ts e r i o u se f f e c to ht h ei n t e r f e r e n c ep a t t e r nc a nb e f u l l y r e s o i v e db yt h em e t h o do f m a s k i n g w h i c hl a y sa l li m p o r t a n tf o u n d a t i o nf o rt h el a t e r w o r ko f 0 s a j k e y w o r d s ：o p t i c a la p e r t u r es y n t h e s i s ，c o m m o n o p t i c a l p a t h ( d i f f f e r e n t o p t i c a l p a t h ) s i z eo f a p e r t u r e ，b a s e l i n e 1 绪论 1 1 课题背景【1 】 十七世纪以前，人们只能用肉眼观测天象。十七世纪初天文光学望远镜的诞 生给天文学带来了巨大的变革，人眼分辨率提高了两个数量级。二十世纪六十年 代射电长基线干涉测量的成功和在7 0 年代的迅速发展，二十世纪二、三十年代 开始发展了高精度的光程补偿、光束方向平行性测控、条纹探测跟踪与检测、精 密机械技术，五、六十年代发展了计算机技术、自动控制技术、信息与图象处理 技术，在这些现代高科技成果基础上发展起来的光学综合孔径成像技术，是实现 并应用于高分辨率的天文观测研究的一个高新技术领域。 用一系列的小孔径望远镜按一定规则排列，测量出两两小孔径之间的干涉 结果( 即u 、v 谱的值，其中“= 垡二l 型= 垒鎏，v f ( 5 - y , ) 笔互，埘 厶为两孔径k 、l 中心在空间坐标系中的距离，五为波长，通常称u 、v 为空间 频率。口径有限的透镜可视为一低频空间滤波器，口径越大，截止频率越高。高 频对应物体的细节) ，将小孔径阵列旋转或通过增加小孔径数量测量不同方位的 u 、v 值，便可以获得可能完整的u 、v 谱。对该谱进行f o u r i e r 逆变换( 理想的 f r a u n h o f e r 衍射系统是一个f o u r i e r 频谱分析器) 便可以得到远高于单孔径望远 镜的分辨率，这就是综合孔径的方法【2 1 ( 图1 1 所示) 。应用天文光干涉与光学综 a 三孔径排列b 相应干涉图( 在a i r y 斑内) 圈1 1 合孔径成像技术，天文学家不仅在地面上可实现对天体目标的细微研究，而且可 以用来地对空探测空间碎片、卫星监测和普查。美国m a r ki i i 天体测量光干涉 仪自1 9 8 6 年开始工作以来，在星位测定、双星研究、恒星直径测定等方面获得 硕士论文光学综合孔径成像技术的实验研究 了前所未有的精确结果。 开展对天文光干涉及光学综合孔径成像技术的研究，不仅使我国的天文光 干涉领域在国际上占有一席之地，而且一些关键技术的研究与攻克，在民用乃至 军用上都是高科技的突破，并为相关领域的高科技需求提供技术支撑。 1 2 光学综合孔径成像技术的历史回顾m m m 恒星光干涉技术于1 8 6 8 年由h f i z e a u 首先倡议。于1 9 2 1 年到1 9 3 1 年期 间由a a m i c h e l s o n 和他的学生f g p e a s e 在天文学史上首先测定了太阳以外 角直径为0 0 2 一o 0 4 范围内的6 颗恒星“。之后，中断了2 0 年多年的 恒星光干涉术，在1 9 5 6 年由r h a n b u rb r o w n 和r 0 t - i s s 又研制了第一台强 度干涉仪，但直接探测可见光条纹，由间隔开的望远镜对组成的恒星光干涉仪首 先由a l a b e y r i e 于1 9 7 4 年完成的，接着从1 9 7 9 年至1 9 8 6 年由m s h a d 等完成 了相位跟踪和全自动化的，用于天体测量的m a r k i i i 恒星光干涉仪。光学综合孔 径高分辨率图像重构技术的研究是受射电干涉阵闭合相位的高分辨率图像重构 技术。1 的启发而开始的，是恒星光干涉技术的进一步发展。r o g s t a d 于1 9 6 8 年首 先从原理上解决了可见光波段闭合相位的问题，使光学综合孔径高分辨率的图 像重构技术成为可能；1 9 8 5 年j e b a l d w i n 等酋先提出了光学波段的闭合测量， 并于1 9 8 6 年率先在单口径望远镜上观察到了光学闭合相位的结果。1 ，又于1 9 9 5 年完成了c o a s t 光学综合孔径望远镜阵并成功地进行观测与图像重构”“”“， j a b e n s o n 等完成了n p o i 光学综合孔径望远镜阵并成功地进行观测与图像重 构。目前光学综合孔径技术不仅在地面天文学中得到应用，光学综合孔径望远镜 阵的规模愈来愈大，如c h a r a 阵、v l t i 阵、k e c k 阵，而且在空间天文学中开始 了发展，如s i m 计划、d s 3 计划、t p f 计划、d a r w i n 计划等。包括s u s i 、n p o i 、 v l t i 、k e c ki n t e r f e r o m e t e r 、d a r w i n ( i n f r a r e d s p a c ei n t e r f e r o m e t e r ) 等一 批天文光综合孔径望远镜干涉阵已经建成运行或正在建设中“1 ，分立口径的光学 干涉仪研究正方兴未艾。 光学综合孔径技术是新的高分辨率光学成像技术方法之一，不仅应用于天文 学研究上已处于成熟的发展阶段，而且在军事科学研究领域中也已有令人瞩目的 成果。 1 3 光学综合孔径成像技术发展的必然及本文研究的内容“ 段。 在光学综合孔径成像技术实现以前，单孔大口径望远镜是天文观测的有效手 硕士论文光学综合孔径成像技术的实验研究 设来自天体的光束经地面上一最大口径为d 的望远镜收集，在观测面上形成 了一种衍射光场分布，只需简单的假设和推算，可用下式来表达： 啦。可x 2 + y 2 ) 等。训 其中0 是沿着光线入射方向垂直于观测平面的衍射角，以称为第一类第一阶 b e s s e l 函数，兄是观测用的单色光波长( 如果用窄带光观测，则为窄带光的平均 波长) 。注意到衍射光场分布从中心沿径向出现第一个暗环的位置，即一第一次 等于0 时， 0 = i 2 2 刈d( 1 3 - 2 ) 这就是有名的a i r y 斑公式。由于这个数值与衍射光场的半最大值全宽( f w 删) 在数值上近似，故在很多场合下被用来作为衍射受限系统的最高角分辨率进行分 析。在天文学上，评价天文光学系统对天体目标的最高分辨程度的也采用了这个 指标。 如果不考虑大气抖动的影响，从上面的分析中可以知道，望远镜的口径制造 得越大，我们就能用越高的角分辨率来观测遥远的天体表面或者军事目标。但事 实上，一方面现代制造技术限制了超大口径的望远镜的制造，另一方面大气抖动 也极大降低了目标观测的视见度，这些因素大大影响我们对天体目标或军事目标 的高分辨率观测。单方面问题的改善同样不能满足天体观测的要求。光学综合孔 径技术一方面引入综合孔径的概念，用望远镜阵来代替单个望远镜来集光观测， 利用最大基线的概念( 用b 来表示) 来等效传统光学望远镜的最大口径d ，在很 大程度上解决了单个望远镜的集光能力不足，角分辨率不高的问题，另一方面引 入了自适应光学的概念对大气的扰动进行实时补偿，最大限度降低其对视见度的 影响。从而为天文观测提供了更多的细节数据( 更高角分辨率的获得) 。国际上 c o a s t 及n p o i 两大光学综合孔径望远镜阵均己实现观测和成图。国内目前各项 技术的研究都在展开中。 1 4 项目来源及本文的主要研究工作 课题源于与国立天文台南京天文仪器研究所的一个合作项目。本文的主要研 究工作是在已有项目的理论研究和计算机模拟的基础上，根据实验室现有的条 硕士论文光学综合孔径成像技术的实验研究 件，建立数学模型，设计采用共光路或泰曼格林式分光路和分波前系统实验来 进行验证，并涉及干涉条纹信息提取、u v 覆盖情况分析与优化设计。 硕士论文光学综合孔径成像技术的实验研究 2 光学综合孔径成像技术基础理论 本章主要叙述了天文光干涉技术中的范西特一泽尼克定理。在此基础上，利 用杨氏干涉定理推导了在两孔径相干涉情况下的公式，得出了两孔径干涉时干涉 条纹的对比度是目标源上光强分布的f o u r i e r 变换的结论。 2 1 范西特一泽尼克定理在天文光干涉技术中的应用【1 1 光学成像原理可分为三大类，一类是几何光学、像差理论成像原理，通常的 光学系统设计按此理论基础设计：一类是衍射成像原理，它以波动光学的衍射理 论为基础，结合通信理论中线性系统的方法，把成像系统视为空间不变的线性系 统，成像系统的特性用相干传递函数( 相干照明) 或光学传递函数( 非相干照明) 来描述；第三类是干涉成像原理，它认为成像过程本质上是干涉过程，像面上任 何一点的光扰动必然是出瞳上各点光扰动贡献的叠加，干涉成像原理以光场的部 分相干性为基点。这是实践中普遍存在的光场，部分相干性的成像特点有着不可 忽视的影响。因此，衍射成像原理中被截然分开的相干成像和非相干成像就作为 两个极限情形被包括在干涉成像原理之中，因此干涉成像原理更有普遍性。1 。光 学综合孔径干涉成像原理就是从干涉成像原理出发，结合范西特一泽尼克定理推 出的。 口径为中的望远镜对遥远的点光源时像平面上的光强度为a i r y 斑，这是把 望远镜的镜面作为一个连续的接受面，对接受面上所接受到的光在像平面上某一 点产生的振动求积分而得到。如果望远镜的接受面不是一个连续的整体而是稀疏 地分布在一个平面或一个抛物面( 或其他某种几何面) 上的n 个小口径接受单元 ( 如图2 1 所示) ，在像平面上某一点的光扰动应是所有这些小口径接受到的光 在像平面上产生的光扰动的总和。它是每个小口径各自在p 点产生的光强度( 自 相关) 之和加上它们两两之间的叠加和( 互相关) 。如式( 2 卜1 ) 所示，在像平 面上p 点的光强度表示为： n ，( p ) = 4 ( p ) 爿( p ) = a ；( p ) a 。( p ) “1“1 ( 2 卜1 ) _ v = 以( p ) 以( p ) + + a k ( p ) a 。妒) + k = l t ff 式中k 和l 表示第k 个小口径和第1 个小口径。a ( p ) 是n 个小口径在p 点产生的 总的光扰动的复振幅 硕士论文 光学综合孔径成像技术的实验研究 小口 图2 1 源和接收点的几何关系 小口径单竞l 面 式( 2 卜1 ) 等号右端第一项在像平面上形成均匀场，这不是光干涉测量所关 心的问题。要关心的是第二项。首先考虑只有两个小口径单元k 和l 的情况。如 果能够控制每个小口径到像面中心点的光程，那么所讨论的问题就变为由p 点 发出的光在k 和1 两个小口径上产生的光场的相干性。 假定被测天体在与视线方向垂直的天球面上的投影为如图2 1 所示的发光 面s ，p 点是s 上无数个小面元d s 之一，在s 上建立一个平面直角坐标系0 一轫， 在望远镜接受面处建立一个直角坐标系o x y z ，o x y 平面与0 一勃平面平行。 小口径单元k 和1 所在的中心坐标分别为( 五，k ，z 。) 和( ，z ，z j ) ，发光面s 分 别在k 和l 上产生的光场是对整个发光面s 的积分： 爿。0 ) = i 巨( 考。，7 7 。，f ) d s ： ( 2 i - 2 ) a ，( f ) = i 岛( 善。，玑，o a s s m 和n 表示s 上不同的小面元。根据互相关函数的定义，则k 和1 两个小口径上 光场的相干性为 + n ( r ) = 1 4 ( 伊爿? ( f f ) 出 ( 2 卜3 ) 一 根据辐射理论，可以假定发光面s 上不同小面元引起的光振动是不相干的，但假 设它们是具有相同偏振方向的准单色光，式( 2 1 3 ) 的被积函数中所有m n 的 项均为零，则式( 2 卜3 ) 可展开为 硕士论文 光学综合孔径成像技术的实验研究 k ( f ) = b ( 善。，f ) 耳g 。，叩。，f f ) m d s ( 2 1 4 ) s 一 对小面元m ，有： 归“，一争学 r e x p 一i 2 矿o 一二二巫) 与幌，t ) = a 。，( f 一“j - - l ) _ 上 ( 2 1 5 ) o 其中4 ，表征第m 个面元辐射的复振幅。当k 和1 的口径大小和所处环境完全 致时，可认为a 。= a 。r 。和j 乙分别m 到k 和l 的距离。f 是发光面s 发出光 波的中心频率，c 为光速。式( 2 卜4 ) 右端方括号内的积分是小面元m 的辐射 在k 和l 上接受时间间隔内进行的，可以把它写成互积时间平均。对于r ：0 ， 即不讨论时间相干性，有 姐觯愀h 咆眦”毕) 型掣( 2 1 - 6 ) 若r 。一r 。比光的相干长度小得多，从m 发出的辐射到达k 和l 时的复振幅几乎 是相等的，以自变量中的( r 。一r 。) c 就可以忽略。 是复振幅的 自相关，即光辐射强度的时间平均，记为，( 孝，卵) ，则有： w ，= 黔们型警屿( 2 1 - 7 ) 由于o - x y 平面与0 一勃平面平行，故z 轴在0 0 连线上。设r 为0 和0 之间的距离，m 为s 面上任一面元，扩大到s 面，用孝代替孝。，用椭替有 砖= ( 善一五) 2 + ( 叩疋) 2 + ( z t + r ) 2 ( 2 1 - 8 ) r 二= ( 孝一置) 2 + ( 叩一t ) 2 + ( z ，+ 尺) 2 z r ，z f r ，( 孝一x ) r ，( 叩一圪) r ，( 孝一f ) r ，( 叩一一) 4 时，不能得到既无冗余又不缺失u 、v 分量的排列。而当n 增加时，可选排列数目急剧增加，即存在孔径阵列排列的优化。由于篇幅和时间 限制，这里不作讨论。 硕士论文光学综合孔径成像技术的实验研究 4 2 静态分光路二孔干涉 由于上述实验装置用同一个准直物镜作为光耦合器，且为共光路，因此不能 改变任一光路的光程。我们曾试验在光路中增加空气扰动，但由于整个光路太短 ( 与真实的天文系统相比) ，效果不明显，没有观察到条纹的扰动。故对之做出 改进，呈泰曼一格林式，见图4 1 0 。准直物镜焦距为5 0 0 毫米，口径为1 4 0 毫米。 望远物镜是消像差的胶合透镜，它的焦距为5 0 0 毫米，口径为1 4 0 毫米。反射镜 l 可调。光源选用5 m w 半导体激光器，丑= 6 5 5 n m 。反射镜4 和反射镜5 的位置 必须错开，即若反射镜4 反射右半边部分光，则反射镜5 只能反射左半边部分光， 以保证光路是分波前而不是分振幅的。这里反射镜4 和反射镜5 均可与p z t 刚性 连接，由p z t 电源的随机变化改变光程以模拟大气湍流。因为要测的是干涉条纹 的可见度，这就要求分束镜l 的反射系数和透射系数相差很小，并且还需考虑分 束镜l 和分束镜2 的楔角引入的干涉条纹对图象的影响。实验用的各物镜和分束 镜及反射镜技术条件均在许可范围内。光源通过扩束镜和准直物镜成为一束平行 光，后通过分束镜1 分为两束光，这两束光再分别通过反射镜3 、4 以及反射镜 5 原路返回，通过望远物镜耦合聚焦到c o d 或图像采集卡上。实验中首先要校验 光路的同轴。 半导体激光器 c c d 或图像采集卡 筒 图4 1 0 光路原理图 在开始的实验时，反射镜4 和5 的口径约为5 0 毫米。观察到的图只是一耀 眼光斑，调到光斑最小位置，光斑呈不规则状，没有观察到干涉条纹。进一步实 验，去掉反射镜5 ，在反射镜4 上分割成两孔径，口径约2 0 毫米，或者在望远 物镜上加掩模板，掩模板上两7 l 径口径约2 0 毫米，依然观测不到干涉条纹。经 硕士论文 光学综合孔径成像技术的实验研究 分析，可能有三个原因。第一，通光口径大，基线长，a i r y 斑就小，在a i r y 斑 里的干涉条纹更小。以口径为2 0 毫米计算，焦距为5 0 0 毫米，a i r y 斑半径 ：1 2 2 ，三：1 2 2 + 5 0 0 箜婴! 生：28 1 02 m ( 4 2 - i ) 。 d2 0 仪器各光学元件累积像差就显示出来，掩盖了a i r y 斑，普通c c d 分辨不出； 第二，通光口径大，光强就大，c c d 的动态范围不够，形成的干涉条纹亦被掩盖。 第三，共轴对分光路系统要求更严。前两点原因的佐证均由后面实验提供了。 重新调整光路，严格调整光轴在同一高度近似平行，光线严格按原路返回； 使反射镜4 、5 的光程差近似为零。在反射镜4 、5 镜面上各加只有一个孔径的掩 模板( 即多小口径孔板) ，掩模板上孔径口径均约2 毫米，使两孔相距较近，结 果观察到了a i r y 斑和干涉条纹。由于使用了激光的缘故，反射镜4 、5 的光程差 在零的周围较大范围内变化也可看见清晰的干涉条纹。本小节以下实验均在此光 路下进行。光强很弱，干涉条纹受背景影响大，实验须在暗室中进行。实验中增 大孔径的口径时，则在c c o 前增加一显微物镜以扩大c c d 受光面积以便于观察。 4 2 1 掩模板位置的变化对干涉条纹的影响 在图4 1 0 中去掉一路光，实验是去掉反射镜5 ，变成共光路，在反射镜4 上加二孔掩模板或在望远物镜上加同掩模板，观察干涉条纹，对干涉条纹的分 布来说两者变化不大( 角度不计) ，即对于涉没有影响，见图4 1l 。两孔直径约 6 毫米，相距1 4 5 毫米。 掩模板在反射镜4 上 掩模板在望远物镜上 图4 1 1 硕士论文光学综合孔径成像技术的实验研究 4 2 2 静态分光路的二孔干涉 恢复图4 1 0 的分光路系统，在反射镜4 、5 镜面上各加只有一个孔径且口径 相同的掩模板，对孔径口径各为6 毫米、1 2 毫米的掩模板分别做实验。在同一 口径的实验中也可改变两孔间距。因为两孔不在同一平面上，不能精确测量两孔 间距。实验结果见图4 1 2 ，4 1 3 。两孔间距增大，条纹变细。 a 干涉条纹 a 干涉条纹 b 反射镜5 上单孔的衍射斑c 反射镜4 上单孔的衍射斑 图( 1 ) b 反射镜5 上单孔的衍射斑c 反射镜4 上单孔的衍射斑 图( 2 ) 改变孔径间距后的干涉 图4 1 2 分光路口径6 m m 的两孔干涉 a 反射镜4 上单孔的衍射斑 b 反射镜5 上单孔的衍射斑 硕士论文光学综合孔径成像技术的实验研究 c 衍射斑不重合时干涉图 图( 1 ) d 衍射斑重含时干涉图 a 反射镜4 上单孔的衍射斑b 反射镜5 上单孔的衍射斑 c 衍射斑不重台时干涉图d 衍射斑重合时干涉图 图( 2 ) 改变孔径间距后的干涉 图4 1 3 分光路口径1 2 r a m 的两孔干涉 比照图4 1 2 与4 1 3 ，图4 1 3 ( 口径大) 的衍射斑及干涉条纹明显发生畸变， 分析原因可能有二：第一是掩模板口径大了，光路中涉及的各仪器的累积像差就 显示出来；第二，掩模板孔径的边缘非常差。这与打孔方式及材料有关。这里没 有采取严格措施，只是使用一般薄纸板以及用转床打孔。在以后实验中将会改进。 硕士论文 光学综合孔径成像技术的实验研究 4 3 动态分光路的二孔干涉 在上述静态分光路的二孔干涉的基础上，我们在任一光路上加扰动，形成动 态干涉，观察条纹的变化情况。使用口径6 毫米的小孔以减小像差原因。 a 没有扰动的干涉图 b 反射镜8 所在光路加入扰动后干涉图 c 反射镜4 所在光路加入扰动后干涉图 图4 1 4 动态分光路口径6 嘲的两孔干涉 ( 掩模板在反射镜上) 硕士论文光学综合孔径成像技术的实验研究 分别在两路光路中加入扰动( 实验中加入的扰动是在反射镜4 或5 前加热源， 改变光通过路径中空气的密度及流动空气，没有使用p z t ) ，观察干涉，两孔衍 射斑发生错位，摇摆不定，出现干涉条纹。干涉条纹的大小及方向没发生明显变 化，但出现条纹漂移。 上述实验是在掩模板在反射镜上做的。在这种情况下，相对于反射镜4 或5 ， 其入射光和反射光都发生变化，有可能使掩模板上两孔径位置发生相对变化，即 条纹方向和大小发生变化。进一步模拟实际大气中情况，即掩模板上两孔径位置 不发生相对变化而发生光路扰动。 光路如图4 1 0 ，将两孔掩模板放置在望远物镜上，两孑l 平行，相隔远一点。 实验中两孔直径6 毫米，相距1 4 5 毫米。取遮光板从一边遮住反射镜4 半边， 取遮光板从另一边遮住反射镜5 的相对于反射镜4 的另半边，保证两孔是分光路 的。调整光路，观察到a i r y 斑里清晰的干涉条纹。在任一光路中加入扰动。实 验结果如图4 1 5 。 a 没有扰动的干涉图 b 反射镜s 所在光路加入扰动后干涉图 硕士论文 光学综台孔径成像技术的实验研究 c 反射镜4 所在光路加入扰动后干涉图 图4 1 5 动态分光路口径6 m m 的两孔干涉 ( 掩模板在望远物镜上) 实验显示，干涉条纹摆动不大，但可观察到干涉条纹的大幅度漂移，且方向 在平行方向上来回变化很快。此验证了动态干涉模型中a i r y 斑位置不变( 在实 验中由于两光路均为反射回原光路，受干扰的掩模板孔径的衍射斑位景有些许变 化，但不大) ，而干涉条纹沿基线方向移动。 在上述动态干涉实验中( 掩模板在反射镜上或望远物镜上) ，掩模板的位置 对干涉条纹的影响较大。掩模板在反射镜上影响大，而在望远物镜上更符合实际 情况。 4 4 小结 本章首先介绍了共光路的干涉系统的光路结构及工作原理，接着介绍了现在 实验中使用的共光路的干涉仪和泰曼一格林式( 分光路) 干涉仪的装置。采用对 比、比较的手法，以丰富详实的实验结果论证了在静态干涉模型和动态干涉模型 中推出的结论，从侧面论证了光学综合孔径干涉成像原理的正确性和可行性。本 章还就干涉孔径的不同排列问题作了与之相应的干涉结果，论证了光学综合孔径 成像技术中的一些理论，并对孔径阵列排列作了简单讨论。本章泰曼一格林式( 分 光路) 干涉仪的装置以及模拟实际大气中工作情况而将掩模板放置在望远物镜上 的实验方法具有开创性，使以后实验的继续进行有了一个良好的开端。 硕士论文光学综舍孔径成像技术的实验研究 全文小结 1 本文所做的工作 ( 1 ) 、论述光学综合孔径成像技术的发展及必然性。 ( 2 ) 、从范西特一泽尼克定理在天文光干涉技术中的应用出发，理论上阐述了光 学综合孔径成像原理及其三大技术：u - v 覆盖、图像重构、闭合相位。 ( 3 ) 、从光的杨氏干涉理论出发，推出两类光路干涉模型。 ( 4 ) 、针对上述静态和动态模型进行共光路和分光路实验，对实验中的光路分布 及出现的实验结果逐一分析，验证理论的正确性，并作一些讨论。 2 本文有待提高的地方 ( 1 ) 、本文侧重于基础实验，于理论上无大的突破。 ( 2 ) 、实验匆忙，未能就静态模型的实验对孔径阵列的优化作更深一步的探讨。 ( 3 ) 、由于分工和时间限制，未能就干涉条纹如条纹对比度、频谱等作进一步处 理。 硕士论文光学综合孔径成像技术的实验研究 致谢 首先，我衷心感谢我的导师王青教授，在学习和工作中给予我精心指导和亲 切关怀，使我受益匪浅，并得以顺利完成此论文。 感谢朱日宏教授、陈磊教授、高志山教授、何勇教授、李顺义高工、赵鸿发 高工、王玉风师傅，在我学习和生活中给予无私的帮助和关心。 感谢王海涛博士、王志强同学、张仙玲同学，他们所作的理论性研究和前瞻 性工作使我在知识的海洋中迅速前进。 感谢吴栋博士、严明同学、彭海峰同学，在我实验中给予无私的帮助和关心。 感谢乌兰图雅、赵琦、丁庆安、颜家军、姬会东、刘晓梅、孙娇芬、金霞、 石代峰、李迎春、曹靖、祁鸣等同窗，使我感到家庭般的温磬。 感谢我的室友和许多朋友，陪我度过这漫长而又短暂的学习生涯。 硕士论文光学综合孔径成像技术的实验研究 参考文献 l 、王海涛博士论文：天文光干涉和光学综合孔径成像技术的研究中国科学院 国家天文台南京天文光学技术研究所2 0 0 2 2 、文建国等，光综合孔径望远镜直线阵最优排列方案，( ( 科学通报) ) ，v 0 1 4 7 ， n o1 5 ，2 0 0 2 年8 月 3 、r c j e n n i s o n ， ap h a s es e n s i t i v ei n t e r f e r o m e t e r t e c h n i q u e f o rt h e m e a s u r e m e n to ft h ef o u r i e rt r a n s f o r m so f s p a t i a lb r i g h t n e s s d i s t r i b u t i o n so fs m a l la n g u l a re x t e n t m n r a s ，v 0 1 1 1 8 ，n o 3 ，1 9 5 8 ，2 7 6 2 8 4 4 、d h r o g s t a d ，at e c h n i q u ef o rm e a s u r i n gv i s i b i l i t yp h a s ew i t ha no p t i c a l i n t e r f e r o m e t e ri nt h ep r e s e n c eo f a t m o s p h e r i cs e e i n g a p p l o p t v 0 1 7 ，n o 4 ，a p r i l1 9 6 8 ，p 5 8 5 5 8 8 5 、j e b a l d w i n ，c a h a n i f f ，c d m a c k a y c l o s e